Automobilkeramik
Keramik ist ein hochbelastbarer Werkstoff, der durch extreme Erhitzung anorganischer, nichtmetallischer Mineralien, Gesteine oder Ton hergestellt wird. Keramik wird nicht nur zur Herstellung von Töpferwaren und anderen Objekten verwendet, sondern ist auch im Automobilbau unverzichtbar. Automobilkeramik trägt zur Belastbarkeit, Langlebigkeit und zuverlässigen Funktionalität von Automotoren und anderen Fahrzeugteilen bei.
Es gibt verschiedene Arten von Automobilkeramik.
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Zirkonia
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Aluminiumoxid
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Magnesiumsilikat
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Cordierit
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Siliziumnitrid
Diese Keramiken werden vor allem deshalb bevorzugt, weil sie wiederholt verschiedenen Bedingungen standhalten, wie beispielsweise hohen Verbrennungs- und Reibungstemperaturen, elektrischen Strömen, chemischer Korrosion und struktureller Spannung durch ständiges Biegen und Verziehen.
Sie werden zur Herstellung verschiedener Komponenten wie Sensoren, Katalysatoren, Bremssystemen und Zylinderblöcken sowie vieler weiterer Elemente verwendet. Sie sind hochhitzebeständig und deutlich leichter als herkömmliche Metalle. Dieser Artikel untersucht einige dieser Keramikkomponenten sowie ihre Verwendungsmöglichkeiten und Vorteile gegenüber herkömmlichen Materialien.
Vorteile von Automobilkeramik
Vorteile von Automobilkeramik
Hohe Hitzebeständigkeit
Dies ist der wichtigste Vorteil von keramischen Autoteilen gegenüber herkömmlichen Metallteilen. Da die meisten Vorgänge im Fahrzeug große Hitze erzeugen, müssen diese Teile aus einem Material bestehen, das wiederholt extremen Temperaturen standhält, ohne einen Thermoschock zu erleiden. Die meisten der oben genannten Automobilkeramiken weisen eine zuverlässige thermische Stabilität auf und sind daher das ideale Material für die Herstellung von Automobilkomponenten.
Langlebig und zuverlässig
Keramik ist äußerst verschleiß- und korrosionsbeständig und weitgehend unempfindlich gegen chemische Einflüsse. Autoteile aus Keramik sind langlebig, erhöhen die Zuverlässigkeit und senken die Wartungskosten. Im Vergleich zu einigen herkömmlichen Metallkomponenten ist ein Austausch seltener erforderlich.
Automobilkeramik ist leichter
Automobilkeramik ist leichter als metallische Werkstoffe wie Eisen und Stahl. Sie stellt daher für die meisten Automobilhersteller, die ihre Produktion auf Gewichtsreduzierung ausrichten, eine revolutionäre Lösung dar. Leichtere Fahrzeuge erzielen einen geringeren Kraftstoffverbrauch, ein besseres Handling und stoßen weniger giftige Gase aus. Das macht Keramik zur bevorzugten Wahl für die meisten modernen Automobilhersteller.
Umweltfreundlich
Keramik ist ein wichtiger Bestandteil umweltverträglicher Bauteile im Fahrzeug. Da diese Bauteile im Abgassystem mit hohen Temperaturen eingesetzt werden, um schädliche Gase und Partikel abzufangen und zu reduzieren, ist Keramik aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit unerlässlich. Daher spielt Keramik eine entscheidende Rolle für die ökologische Nachhaltigkeit im Automobilbau.
Einsatzmöglichkeiten von Automobilkeramik in der Fahrzeugkonstruktion und -herstellung
Einsatzmöglichkeiten von Automobilkeramik in der Konstruktion und Fertigung
Wird in Keramikbremsscheiben und -belägen verwendet
Keramikbremsscheiben sind eine praktische Lösung für sportliches Fahren und hohe Belastungen. Beim Bremsen bei hohen Geschwindigkeiten entsteht viel Wärme. Der hohe Druck und die hohen Temperaturen können dazu führen, dass herkömmliche Eisenbremsscheiben schmelzen und sich verformen.
Ständiges Erhitzen und Abkühlen kann mit der Zeit zu Verschleiß und Rissbildung führen. Automobilkeramik hingegen bietet Bremsscheiben mit hoher Hitze-, Reibungs- und Druckbeständigkeit. Das geringere Gewicht von Keramikbremsscheiben ist ein weiterer Vorteil für sportliches Fahren, da sie das Handling und die Manövrierfähigkeit verbessern und zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch beitragen.
Auch die Wartung herkömmlicher Hinterradbremstrommeln kann mühsam sein. Dies liegt vor allem an der Staubablagerung auf den Bremsbelägen. Wird dieser nicht regelmäßig entfernt, kann dies die Bremswirkung beeinträchtigen, Kratzer im Bremsbelag verursachen und beim Bremsen ein störendes, hohes Kreischen verursachen. Keramikbremsscheiben und -trommelbeläge lösen dieses Problem, da sie eine höhere Wärme- und Reibungsbeständigkeit bieten und somit die Staubbelastung verringern.
Sensoren
Moderne Fahrzeuge verfügen über zahlreiche Sensoren, die computergestützte Messwerte digital an das Kombiinstrument übertragen. Die meisten dieser Sensoren sind keramikbeschichtet, da sie sich in Fahrzeugbereichen befinden, in denen ständig extremen Temperaturen und hohem Druck ausgesetzt sind. Dazu gehören unter anderem Sauerstoffsensoren, Öldrucksensoren und Tankgeber. Keramik wird für diese Sensoren bevorzugt, da sie mit verschiedenen Motoröl- und Kraftstoffsorten biokompatibel ist.
Sauerstoffsensoren in Abgassystemen bestehen üblicherweise aus einem keramischen Material wie Zirkoniumdioxid, wobei Platin zur Sauerstoffzerlegung eingesetzt wird. Zirkonium leitet Sauerstoffionen effizient und hält gleichzeitig den hohen Temperaturen im Verbrennungssystem stand. Dadurch überwacht es effektiv das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und liefert genaue Messwerte für die Kraftstoffeinspritzung.
Ceramics fertigt außerdem langlebige Gehäuse und Linsen für Lichterkennungs- und Entfernungssensoren. Diese Sensoren sind eine revolutionäre technologische Erfindung, die zur vollständigen Automatisierung von Kraftfahrzeugen und zur Entwicklung selbstfahrender Autos beigetragen hat. Keramik gewährleistet die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit dieser Lidar-Sensoren. Temperatursensoren bestehen aus keramischen Stellwiderständen mit hoher Hitzebeständigkeit, die präzise Öltemperaturwerte zur Überwachung an das Kombiinstrument übermitteln.
Drucksensoren werden aus Keramik hergestellt, um ständiger Verformung standzuhalten und Korrosion zu widerstehen.
Umweltfreundliche Abgassysteme
Da weltweit darum gekämpft wird, Schadstoffemissionen zu reduzieren, sind moderne Dieselmotoren heute mit verschiedenen technischen Vorrichtungen ausgestattet, um den Ausstoß schädlicher Kohlenstoffgase in die Atmosphäre zu reduzieren. Eine dieser Erfindungen ist der Katalysator. Er hilft dabei, schädliche Gase wie Lachgas, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe durch chemische Reaktionen zu zerlegen und zu oxidieren, um weniger schädliche Abgase zu erzeugen.
Der Katalysatorkern besteht hauptsächlich aus Cordierit, einem keramischen Werkstoff aus Magnesium, Aluminium und Silizium, der den hohen Abgastemperaturen standhält. Der Keramikkern ist wabenförmig geformt und mit Seltenerdmetallen wie Rhodium, Platin und Palladium beschichtet. Diese Metalle erleichtern Reduktions- und Oxidationsreaktionen zum Abbau schädlicher Abgase. Das Keramiksubstrat bietet eine hitzebeständige Oberfläche für diese Reaktion.
Dieselpartikelfilter enthalten außerdem einen wabenförmigen Keramikmonolithen mit winzigen Rillen, der Ruß und andere feste, giftige Partikel aus den Abgasen zurückhält. Dies sorgt für eine sauberere Umwelt und verhindert die Emission von schwarzem Rauch, der normalerweise bei Dieselmotoren auftritt. Das Abscheidegitter im DPF besteht aus keramischem Material, das den hohen Temperaturen der durchströmenden Abgase standhält. Die Keramik gewährleistet die dauerhafte Funktion des DPF.
Motorwärme und Brennräume
Automobilkeramik wie Siliziumkarbid wird zur Auskleidung der Innenwände des Brennraums eines Motors verwendet. Dies liegt an der Fähigkeit des Materials, hohen Verbrennungstemperaturen von über 1000 Grad Celsius standzuhalten, ohne anfällig für Thermoschocks zu sein. Auch dem hohen Druck während der Kompression hält dieses Material problemlos stand und sorgt so für Zuverlässigkeit und Langlebigkeit im Motor.
Turboladerrotoren
Turbolader komprimieren Luft aus dem Auspuff in den Motoreinlass, um Drehmoment und Leistung des Motors zu steigern. Aufgrund der konstant hohen Drehzahl und der heißen Abgase, die durch den Einlass strömen, müssen die Rotoren aus hochbeständigem Material gefertigt sein. Ein keramisches Material wie Siliziumnitrid eignet sich ideal für die Herstellung dieser Komponente, da es robust und von geringer Dichte ist.
Zündkerzen
Aluminiumoxid ist das keramische Material, das zur Herstellung von Zündkerzen verwendet wird. Diese Komponente eines Fahrzeugmotors erzeugt einen Hochspannungsfunken, der das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum entzündet und so den Verbrennungsprozess einleitet.
Die ständige Hochspannungsfunkenbildung erzeugt hohe Temperaturen, die gewöhnliche Metalle und andere Materialien schnell zersetzen können. Daher ist die hohe Hitzebeständigkeit der Keramik eine entscheidende Voraussetzung bei der Herstellung dieser Komponente, um die zuverlässige Funktion und Langlebigkeit des Elements zu gewährleisten.
Gleitringdichtungen und Lager
Gleitringdichtungen und Lager in verschiedenen Teilen des Motors und Antriebsstrangs eines Fahrzeugs müssen robust genug sein, um extremem Druck, Spannung, Hitze und ständiger Bewegung standzuhalten, ohne schnell zu verschleißen und nachzugeben. Keramik ist ein zuverlässiges Material für die Herstellung dieser wichtigen mechanischen Komponenten.
Zifferblätter, Gehäuse und Linsen
Die Robustheit und Langlebigkeit von Keramik machen sie zu einer guten Wahl für die Herstellung ästhetischer Innenraumkomponenten wie Zifferblätter und Infotainment-Bildschirme. Da diese ständig in Gebrauch sind, müssen sie verschleißfest sein. Während herkömmliche Zifferblätter aus Kunststoff und Chrom schnell verschleißen und verblassen, ist Keramik in der Regel widerstandsfähiger.
Automobilkeramik ist auch für die Herstellung langlebiger Gehäuse für Computergehäuse, Innenbeleuchtung und andere Sensoren unerlässlich. Scheinwerfer, Dashcams und Parkkameras verfügen ebenfalls über Linsen aus keramischem Fiberglas, die langlebiger und kratzfester sind als herkömmliches Glas.
Elektrische Isolierung
In Elektrofahrzeugen kommt Keramik in großem Umfang zur Isolierung von Batterien, Stromversorgungssystemen, Ladesystemen und anderen elektrischen Komponenten zum Einsatz. Aufgrund seines elektrischen Widerstands und seiner thermischen Stabilität ist Keramik das bevorzugte Material für die Herstellung von Isolierplatten in diesen Fahrzeugen. Auch in Elektrofahrzeugen wird Keramik zur Herstellung von Kühlkörpern und Kühlsystemen eingesetzt.
Fazit; Automobilkeramik
Automobilkeramik ist die perfekte Lösung für nachhaltigen Automobilbau. Automobilhersteller können damit Gewichtsreduzierung, Umweltverträglichkeit, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit erreichen.
Ihre Beständigkeit gegen Hitze, Verschleiß und Zugermüdung ist eine revolutionäre Errungenschaft, die die Automobilindustrie seit jeher nutzt und weiterhin nutzt, um Fahrzeugbesitzern und -herstellern das Leben zu erleichtern. Automobilkeramik ist die Zukunft des Automobilbaus.